7 Technological Constraints. est of tructural dhesives. connections. resistance. high

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Maria Laura Santarém Sacramento
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2 1 INTRODUÇÃO E OBJECTIVOS COLAGEM COM ADESIVOS ESTRUTURAIS ESTUDO EXPERIMENTAL DADOS EXPERIMENTAIS

3 CONDICIONANTES TECNOLÓGICAS 1 INTRODUÇÃO E OBJECTIVOS Este trabalho pretende avaliar a influência do tipo de superfície num material no processo de colagem. O estudo é realizado sobre provetes de aço carbono ligados através de uma junta sobreposta sobre a qual é imposto um ensaio ao corte. As juntas são unidas através de colagem e comparadas com juntas soldadas por pontos. As superfícies terão quatro estados diferentes para cada ensaio: superfícies normais (limpas apenas com um pano); superfícies com álcool isopropílico, superfícies com óleo e superfícies com um tratamento abrasivo e álcool isopropílico em simultâneo. No final far-se-á uma comparação da resistência de cada ligação analisando o valor da força máxima suportada pela junta. Os testes serão efectuados para quatro colas diferentes de modo a avaliar também o comportamento de cada uma. 1.1 COLAGEM COM ADESIVOS ESTRUTURAIS.82. A colagem estrutural consiste em efectuar a ligação de componentes através do uso de adesivos. Os adesivos são substâncias de natureza polimérica possuindo características visco-elásticas, utilizados para unir dois materiais sólidos ao longo das respectivas superfícies. Um adesivo pode englobar dois ou mais constituintes que são misturados, antes da aplicação sobre a superfície a unir. Na altura da aplicação o adesivo deve molhar bem a superfície. O ângulo de contacto para um dado adesivo é em regra tanto menor quanto maior for a energia de superfície do sólido: é por esta razão que os metais e cerâmicos são relativamente mais fáceis de colar que os plásticos e outros poliméricos. Após a sua aplicação o adesivo sofre um processo de cura (tempo necessário até se transformar em sólido). A cura pode ocorrer por vários processos sendo as principais variáveis a temperatura, a pressão e tempo de operação. Um adesivo típico tem a capacidade de unir materiais iguais ou diferentes sem alteração da sua composição química, sendo os requisitos básicos de um adesivo: Fluidez no estado inicial Boa molhagem das superfície a unir Capacidade de formar, por cura um sólido ou um gel de alta viscosidade, resistente e estável numa gama útil de temperaturas A natureza e estado das superfícies a colar condicionam fortemente a eficiência da união adesiva. Os tratamentos da superfície incluem desengorduramento, abrasão e ataque químico ou electro-químico.

4 Parâmetros que influenciam as características da ligação por adesivos: Comprimento da zona de sobreposição Largura da junta Espessura do adesivo Fig 43 - Juntas sobrepostas coladas.83. O comprimento da zona de sobreposição tem influência para gamas pequenas em que a resistência ao corte varia substancialmente com este valor. A partir de determinado comprimento a variação é ínfima e a influência pode considerar-se desprezável. Deste modo determina-se que é necessário um comprimento mínimo para assegurar uma boa ligação, mas o seu aumento posterior é desnecessário, como mostra a figura seguinte. Fig 44 - Influência do comprimento da zona de sobreposição A largura da junta é directamente proporcional à resistência ao corte A espessura ideal de um adesivo depende do seu tipo e pode variar com o tipo de carregamento a que o provete é sujeito. A figura seguinte mostra a influência da espessura do adesivo na resistência da ligação.

5 Fig 45 - Influência da espessura do adesivo Vantagens dos adesivos.84. Capacidade de ligar vários tipos de materiais Distribuição mais uniforme das tensões em toda a área de ligação Excelente comportamento à fadiga Capacidade de ligar materiais sensíveis ao calor (ligações a frio) Capacidade de isolamento e vedação (redução da corrosão) Capacidade de amortecimento de vibrações e atenuamento acústico Redução de peso face às ligações por rebites, parafusos e outras Redução de custos Desvantagens dos adesivos Elevada influência das características da junta Necessidade de juntas especiais para a união Temperatura de funcionamento (normalmente até 200ºC) Eventual necessidade de sistemas auxiliares para efectuar a cura

2 ESTUDO EXPERIMENTAL Com o intuito de avaliar a influência do tipo de superfície no processo

colados com quatro tipos de adesivos e quatro tipos de tratamento de superfície.

Provetes Chapa metálica com as seguintes características: Material: Aço ao Carbono St 37

6 2 ESTUDO EXPERIMENTAL Com o intuito de avaliar a influência do tipo de superfície no processo de Colagem serão realizados testes sobre provetes na forma de chapa metálica, os quais serão colados com quatro tipos de adesivos e quatro tipos de tratamento de superfície. Às chapas coladas serão realizados ensaios ao corte sobre uma junta sobreposta. Provetes Chapa metálica com as seguintes características: Material: Aço ao Carbono St 37 Dimensões: Largura 25mm; Espessura 1,5mm.85. Fig 46 Provete em aço carbono ST37 Ensaios: ao corte Fig 47 Máquina de tracção

Tipos de superfície: Normal ambas as superfícies a colar limpas com um simples pano Com Óleo Ambas as superfícies com óleo Com Álcool Isopropílico ambas as superfícies limpas com álcool Com

7 Tipos de superfície: Normal ambas as superfícies a colar limpas com um simples pano Com Óleo Ambas as superfícies com óleo Com Álcool Isopropílico ambas as superfícies limpas com álcool Com tratamento abrasivo ambas as superfícies são lixadas com uma lima e depois limpas com álcool isopropílico Fig 48 Material de ensaio.86. Para cada caso diferente foram usados quatro provetes dos quais três serviram para ensaio e um para amostra. O ensaio ao corte consiste apenas na aplicação de uma força de corte através da máquina acima representada e a recolha de dados limitou-se ao registo da força máxima suportada por cada junta sobreposta ensaiada. Tipo de colas usadas: 3M DP 190 Adesivo estrutural epóxido, constituído por duas partes. Apresenta elevada resistência ao arrancamento, impacto, resistência às vibrações, elevada fluidez e elevada resistência à humidade e a reagentes químicos. Working time 90m. Cure time 7 dias 3M DP 490 Semelhante ao adesivo anterior mas com working time maior, cerca de 3h 3M DP 810 Semelhante aos adesivos anteriores mas com um working extremamente reduzido, cerca de 8 minutos, tempo de cura 24 horas Plexus EP 250 Adesivo líquido, epóxido e constituído por dois componentes. Working time 65m, cure time 5h.

8 3 DADOS EXPERIMENTAIS Os valores registados durante os ensaios encontram-se nos anexos I e II, em seguida mostra-se um quadro resumo com o valor médio dos ensaios efectuados. 3M 190 3M 490 3M 810 Plexus 250 [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] Soldado Col. Normal Col. Álcool Col. Óleo Col. Abrasivo Soldado Sc. Normal Sc. Álcool Sc. Óleo Sc. Abrasivo Tabela 7 - Valores médios registados nos ensaios ao corte MPa Influência da Superfície na Colagem M 190 [MPa] 3M 490 [MPa] 3M 810 [MPa] Plexus 250 [MPa] Soldado Col. Normal Col. Álcool Col. Óleo Col. Abrasivo Fig 49 Influência da superfície na colagem Como se pode verificar a influência do tipo de superfície na resistência da junta colada é significativo, verificando-se para todas as colas que as juntas com óleo apresentam valores de resistência muito baixos (tensão máxima suportada, cerca de 5 MPa em média). As superfícies com tratamento abrasivo (através de um lima e limpas com álcool isopropílico) foram as que apresentaram melhores resultados (o valor mais alto foi de 19,1 MPa) e em seguida as juntas limpas com álcool (valor mais alto foi de 14 MPa).

9 De referir que a cola que obteve melhores resultados foi a 3MDP190 mas a cola 3MDP810 tem resultados muito semelhantes com a vantagem de ter um workingtime muitíssimo inferior (cerca de 8 minutos) o que a torna muito competitiva para uso em linhas de montagem, pois não requer grandes tempos de espera, mesmo sabendo que o tempo de cura total é de 24 horas. Pelos resultados obtidos, decidimos escolher a 3MDP810 para aplicar no projecto SMAP e verificar se é compatível com os esforços existentes..88.

10 ANEXO - DADOS DOS ENSAIOS COM MÉDIAS EFECTUADAS E VALORES EM KN Colado - 3M 190 Soldocolado - 3M 190 Normal Álcool Óleo Abrasiva Normal Álcool Óleo Abrasiva Média [kn] Colado - 3M 490 Soldocolado - 3M 490 Normal Álcool Óleo Abrasiva Normal Álcool Óleo Abrasiva Média [kn] Colado - 3M 810 Soldocolado - 3M 810 Normal Álcool Óleo Abrasiva Normal Álcool Óleo Abrasiva Média [kn] Colado - Plexus 250 Soldocolado - Plexus 250 Normal Álcool Óleo Abrasiva Normal Álcool Óleo Abrasiva Média [kn] Soldado Média 19.8 [kn]

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